Глава 1. Роль биотехнологии в современной фармации

Биотехнология (само слово включает в себя корень «жизнь», от др.-греч. βίος) — промышленный метод получения ценных для человека продуктов, который базируется на использовании живых организмов, в большинстве случаев — микроорганизмов.

Промышленная биотехнология — это наукоемкая технология, включающая достижения науки, использующей биологических агентов для целенаправленного воздействия на природу, а также сфера производства полезных для человека продуктов, в том числе лекарственных средств, со своим специфическим аппаратным оформлением.

В категорию лекарственных средств, полученных промышленной биотехнологией, входят:

• лекарственные средства для лечения (аминокислоты и препараты на их основе, антибиотики, ферменты, коферменты, кровезаменители и плазмозаменители, гормоны стероидной и полипептидной природы, алкалоиды и др.);
• профилактические средства (вакцины, анатоксины, интерфероны, сыворотки, иммуномодуляторы, нормофлоры и др.);
• диагностические средства (ферментные и иммунные диагностикумы, препараты на основе моноклональных антител и иммобилизованных клеток и др.).

Это далеко не полный перечень лекарственных средств, которыми располагает современная фармация и в основе производства которых используются биотехнологии.

Историческая справка о развитии биотехнологии

Люди с давних времен использовали микроорганизмы, не зная об их существовании. Например, в процессе брожения при получении хлеба или вина, о чем свидетельствует факт обнаружения в египетских пирамидах хлеба и рисунков, изображающих технологии винного производства. Две тысячи лет назад виноделие начало развиваться во Франции. Существует мнение, что пиво научились варить пять тысяч лет тому назад. В IX веке пиво было распространено в Киевской Руси.

Кисломолочные продукты появились вместе с развитием животноводства. Немного позже люди научились получать этиловый спирт из дрожжей.

Многие исследователи в то время считали, что брожение — это следствие действия дрожжей. Единственная их ошибка была в том, что они приписывали дрожжам растительное происхождение. Биологи того времени догадывались, что брожение — это биологическое явление, хотя химики, такие как Юстус фон Либих, немецкий ученый, утверждали, что брожение — чисто химическое явление, возникающее вследствие распада органических веществ.

Конец этим спорам положили работы французского микробиолога Луи Пастера (рис. 1.1), проведенные в середине XVIII столетия, когда был сконструирован первый микроскоп.

Рис. 1.1. Луи Пастер (1822–1895)

Луи Пастер подтвердил экспериментально, что дрожжи — это живые существа, а брожение — это биологическое явление. Кроме того, в своих работах Луи Пастер показал, что существуют микроорганизмы, которые не нуждаются в кислороде (анаэробные).

Пастер обнаружил также, что нагревание продуктов до определенной температуры не влияет на их качество, но уничтожает микроорганизмы. Позже этот процесс назвали пастеризацией, а Луи Пастера стали считать основоположником современной биотехнологии.

Бурное развитие биотехнологии ощущалось в годы Первой мировой войны. В Германии для военных целей требовалось большое количество нитроглицерина (1,2,3-тринитроксипропана), служащего источником для получения взрывчатых веществ. Ранее нитроглицерин получали из жира животных путем гидролиза. В Германии же в эти годы впервые был разработан метод получения нитроглицерина из дрожжей и сахара.

В Англии в годы Первой мировой войны был разработан микробиологический метод получения ацетона из бактерий и муки. В 1920-х годах биотехнологические процессы получения спиртов, ацетона, органических кислот почти полностью вытеснили химические производства. Со временем методы органического синтеза совершенствовались, и уже в 1940-х годах эти продукты стали вырабатывать и химические предприятия.

В 1925 г. советские микробиологи Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов открыли, что рентгеновское излучение оказывает мутагенное влияние на микроорганизмы. Советский ученый, микробиолог и физиолог В.О. Таусон установил, что некоторые микроорганизмы способны питаться даже парафинами нефти. Благодаря этому через некоторое время стало возможным проводить процесс биологической очистки сточных вод. Кроме этого, данное открытие сделало возможным получение белково-витаминного концентрата, который используется при изготовлении комбикормов в животноводческих хозяйствах.

В 1940-х годах биотехнологическими методами были получены различные антибиотики, в том числе пенициллин. Открытие антибиотиков стало одним из важнейших событий первой половины ХХ столетия.

В 1955 г. было обнаружено, что некоторые микроорганизмы способны образовывать аминокислоты, например лизин (2,6-диаминогексановая кислота, лат. lysin).

Всю историю биотехнологии можно разделить на пять периодов.

• Допастеровский период (до 1865 г.) характеризируется использованием спиртового и молочнокислого брожения для получения вина, пива, хлеба и кисломолочных продуктов.
• Послепастеровский период (1866–1940 гг.) характеризуется получением спиртов, ацетона, органических кислот биотехнологическими методами. Также к этому периоду относят разработку методов очистки сточных вод от нефтепродуктов.
• Период антибиотиков (1941–1960 гг.) характеризуется получением пенициллина и других антибиотиков, а также вирусных вакцин.
• Период направленного биосинтеза (1961–1975 гг.) характеризуется получением аминокислот, ферментов и использованием иммобилизованных ферментов.
• Период современной биотехнологии (с 1975 г. по настоящее время) характеризируется развитием генной и клинической инженерии, получением моноклональных антител и трансплантацией эмбрионов.

В настоящее время промышленная биотехнология лекарственных средств является очень перспективным и бурно развивающимся направлением научно-технического прогресса в фармации.